La producción de hidrógeno a partir del agua se ha investigado ampliamente para utilizarla como alternativa al combustible. Si bien el objetivo es reducir la contaminación ambiental, la mayoría de los procesos son menos eficientes y generan grandes cantidades de emisiones de CO2. Sin embargo, investigaciones recientes revelan que el MOF puede impulsar la producción de hidrógeno fotocatalítico.
La colaboración entre el profesor Kyriakos Stylianou, de la Facultad de Ciencias de la Universidad Estatal de Oregón , y su equipo de investigadores ha dado como resultado un fotocatalizador que permite la producción de hidrógeno de alta velocidad y eficiencia . La investigación demuestra que esta nueva herramienta puede ser útil para combatir las emisiones de gases de efecto invernadero y el cambio climático.
El profesor Stylianou afirmó: “Este estudio pone de relieve el potencial de las heterouniones de óxido metálico derivadas de MOF como fotocatalizadores para la producción práctica de hidrógeno, lo que contribuye al desarrollo de soluciones energéticas sostenibles y eficientes”.
Destacados
- En 1 hora, un gramo de RTTA-1 produjo más de 10,700 micromoles de hidrógeno.
- El proceso utilizó fotones a una tasa impresionante del 10%, lo que significa que cada 10 de cada 100 fotones que incidieron en RTTA-1 contribuyeron a la producción de hidrógeno.
En este estudio, para obtener una heterojunción de óxido metálico, los investigadores utilizaron un MOF. Esta heterojunción es una combinación de dos materiales con propiedades complementarias. Con ella, crearon un catalizador que descompone el agua en hidrógeno de forma eficiente y rápida al exponerse a la luz solar.
Esta heterojunción se denomina RTTA y está compuesta por óxido de rutenio y óxido de titanio derivados de MOF. Estos óxidos están dopados con nitrógeno y azufre. Tras probar múltiples RTTA con distintas cantidades de óxidos, encontraron un ganador.
El profesor Stylianou afirmó: "Entre los diversos materiales RTTA, el RTTA-1, con el menor contenido de óxido de rutenio, mostró la tasa de producción de hidrógeno más rápida y un alto rendimiento cuántico".
Los MOF están compuestos por iones metálicos con carga positiva y moléculas orgánicas de enlace. Además, poseen estructuras ajustables y poros pequeños. Asimismo, las propiedades de los MOF están determinadas por los componentes utilizados en su diseño.
Aquí les presentamos otro método para la producción rentable de hidrógeno verde con MXenes activos, según investigadores del KIST.
Métodos no sostenibles de producción de hidrógeno
El método de reformado de metano con vapor es un método convencional de uso común para obtener hidrógeno a partir de gas natural. Este proceso genera emisiones de carbono. El método implica electrocatálisis, que consiste en hacer pasar electricidad a través de un catalizador. Este método no solo contamina el medio ambiente, sino que también es costoso. El costo de producir un kilogramo de hidrógeno es de aproximadamente $1.50, y de generar un kilogramo de hidrógeno verde es de $5.
En cuanto a los materiales empleados en la nueva investigación, el profesor Stylianou comentó: «El óxido de rutenio no es barato, pero la cantidad utilizada en nuestro fotocatalizador es mínima. Para aplicaciones industriales, si un catalizador muestra buena estabilidad y reproducibilidad, el coste de esta pequeña cantidad de óxido de rutenio se vuelve menos importante».
